民航機場氣候志統計與分析系統的設計與實現

劉 敏

民航機場氣候志是機場日常運營的重要參考文件，是根據氣象觀測資料對各類氣象要素進行匯總，并最終提煉出具有參考價值的統計信息，并根據民航領域的要求與規范，對氣候條件做出專業性的指標描述與氣候評價。隨著觀測數據的不斷積累，氣象資料也必須隨之滾動更新，并將新舊數據進行有機結合，通過合理的分析計算方法，得出具有動態性的氣象評估結論。

隨著信息技術的發展，大規模數據處理的效率與準確性不斷的提高，實現單一數值要素的自動統計與分析已經成為現實，但對于氣象資料而言，要針對多種氣象要素進行同時的統計、分析與提取仍舊存在一定的難度，例如在自動氣象觀測數據中很可能存在部分重要的人工記錄數據，自動處理系統很難對該部分數據進行準確的識別，同時還存在格式的規范化問題，這都會導致氣候志編寫質量受到明顯的影響。因此，設計開發一款可靠性好，準確度高的氣候志數據自動統計分析系統，具有直接的應用價值和改進意義。

1 氣候志統計分析系統的框架設計

1.1 數據接口模塊

系統需要將大量歷史氣象數據導入，同時也必須根據機場氣象監測特點進行持續的更新，其數據種類分為兩種，其一是例行觀測數據，即按照半小時或1 小時為一個觀測周期記錄的氣象數據，其二則是全天天氣演變記錄。從存儲格式方面分析，一般氣象數據有3 種存儲方式，分別為文本文件存儲、觀測編發報數據庫存儲和Excel 表格文件存儲。根據這一特點，本系統的數據接口模塊也同時兼容這三種文件的導入。

1.2 原始數據質量控制模塊

氣象數據的質量對于氣候志的編寫與利用起到了直接的影響，若數據出現錯漏現象，則無論統計方法多么合理，計算精度多么高，最終的結論可能都會遠遠偏離真實情況，不僅失去了指導作用，甚至為機場運作埋下嚴重隱患。因此，在進行統計分析之前，必須確保數據的完備性與準確性。本模塊的主要任務首先就是對原始數據的完整性進行檢驗，隨后審核導入數據是否符合規范標準，如各個要素的數值類型、長度和取值區間等；此外，還需要根據用戶預設的閾值來判斷連續數據是否出現突變。當發現異常數據時，需通過輸出模塊向用戶發出報警；最后，本模塊還需要重點核查人工錄入的文本，確保數據的完整與準確。

1.3 缺失數據補錄模塊

由于我國信息化改造工程起步較晚，大多數機場以往大量的歷史數據并未及時實現全部的數字化管理，因此本系統為該部資料留有補錄接口，通過提供人機交互界面，由管理員負責按照給定的格式規范人工錄取缺失的氣象數據。行業標準MH/T 4016.7 實施之前，各機場氣象臺制作觀測月總簿不對RVR 數據進行統計，這造成了一定程度的數據缺失，針對這一情況，本系統特設了數據補錄模塊，用戶可手動錄入以往的RVR 數據和海平面氣壓QNH數據。

1.4 數據的預處理模塊

由于積累的數據規模日益增多，且出于精細化分析與統計工作的要求，系統需要同時處理的數據量不斷擴大，這顯然給數據庫遍歷查詢與計算工作帶來了很大的壓力。為了提高統計分析效率，設計了數據的預處理模塊，通過該模塊對原始數據進行分類拆解，對天氣演變記錄按照行標要求進行要素分解，與此同時，數據質量控制模塊可并發審核數據。

1.5 數據統計模塊

在完成了數據的預處理之后，各類中間報表已經準備完畢，此時可采用該模塊執行進一步的分析統計，并制成最終的產品表。除了行標要求的統計表格之外，還結合氣候志編寫工作的實踐經驗，設計了三日、五日、旬、月各個要素的統計功能，并可通過附加表的形式提交給用戶。對于缺測的情況，建議按照以下原則進行處理：

1）記錄不明或出現數據缺漏情況則視為缺測。

2）對于每日數據統計而言，24 小時內出現的缺測次數若大于等于8 次，則當日作為缺測日，其監測數據視為無效數據，不參與統計計算；同理，若13 小時內的出現的缺測次數大于等于4 次，同樣將當日數據從統計對象中排除；此外，不定時觀測的記錄均需要參與統計計算。

3）對于每月數據統計而言，若該月內出現的缺測天數（按原則2）統計）大于等于7 天，則該月資料不再參與月統計和累年月統計，但仍應參與年統計。

4）若某年內月統計資料缺測一次及以上，則當年數據不再參與年統計。

5）若出現缺測，但未滿足以上原則中的條件時，則按照監測實際有效次數、時數、日數參加統計計算。

6）以上列述的各種情況及對應的處理原則，僅適用于統計平均值計算的環節。而出現次數、日數及極值等項目仍參加統計。

2.6 產品輸出模塊

在完成了數據的匯總、統計和分析等操作之后，即可執行最終產品的輸出模塊，按照民航氣象數據標準要求的格式規范生成Excel 文件并提交給用戶查閱。用戶擁有對該文件的數據編輯與修正權限，同時也可作為氣候志或氣候概要的附件使用。此外，在Excel 中，用戶還可利用大量的工具軟件實現繪制圖標、曲線分析和數據列表等操作，很好的豐富了氣象數據的利用模式。

3 系統的數據庫設計

數據庫承擔了原始氣象數據的存儲、管理、查詢等多種處理任務，此外還負責對分析過程中產生的中間結果以及最終的分析報表進行妥善存儲的工作，是氣候志統計分析系統的核心組件。因此，提高數據庫表單的清晰度與合理性，成為了控制數據規模，增強讀寫效率的關鍵。本系統結合了民航機場氣候志編寫工作業務流程的實際需求，共建立了45 個數據表，除了兩個原始數據表和按照行標要求的26 個最終結果分析表外，還包括了14 個中間數據表和2 個規則化數據表，以及1 個過程控制表。以下逐類進行介紹：

3.1 原始數據表

按照民航地面觀測規范要求，根據例行觀測要素(每半小時/每小時1 條記錄)和觀測紀要欄要素(每天1 條記錄)，將觀測匯總的數據整理后保存。

3.2 規則化原始數據表

原始數據表中保存的數據經過核查、勘誤和規范化后，形成規則化原始數據表，而原始數據表中的數據不會被修改，以確保數據源頭的可追溯性。所有的修改與調整操作均發生在規則化表中，同時可將改動記錄與原始數據表對照分析。

3.3 中間數據表

數據在經過預處理后，大量的信息需要暫時存儲，已備后續環節的調用。例如對風、能見度、雷暴等重要天氣演變的記錄進行拆解、分類、統計，形成單一元素統計匯總信息，并以此為基礎，形成最終所需的產品表格。表1 和表2 分別以能見度頻率統計和雷暴統計為例，描述了中間數據表的字段內容與格式。

3.4 最終產品表

按行業標準MH/T 4016.7 民用航空氣象第7 部分《氣候資料整編與分析》要求項目的26 個數據表格。

3.5 過程控制表

該表負責對用戶的每一次操作進行記錄備份，其作用首先是可以幫助用戶了解當前氣象數據統計處理的進度，從而可更加合理的安排后續的工作環節；其次是可記錄人工修改的痕跡，以便將來需要時進行追溯找回。

4 結束語

本文針對民航機場氣候志統計分析軟件的設計和應用展開了探討。本系統不僅極大的簡化了民航氣象部門在編寫氣候志環節的工作量，同時也顯著的提高了氣候志的可靠性、準確性與規范型。隨著信息技術、人工智能技術和大數據技術的不斷發展，勢必會出現更加高效、可靠的數據管理技術與統計分析方法，進一步提高民航機場氣候志的統計編寫與應用水平。